《机器学习》-- 周志华 (第一章学习笔记)

绪论

基本术语

  • 分类(classification):若我们欲预测的是离散值,如“好瓜”“坏瓜”,此类学习任务成为“分类”。
  • 回归(regression):若预测的是连续值,如西瓜成熟度0.65,0.78,此类学习任务称为“回归”。
  • 聚类(clustering):将训练集分成若干组(簇),这些簇可能对应一些潜在的概念划分,如“浅色瓜”“深色瓜”。
  • 学习(learning)/训练(training):从数据中学得模型的过程。
  • 训练数据:训练过程中使用的数据。
  • 训练集:训练样本组成的集合。
  • 真相/真实:关于数据的某种潜在规律自身。学习过程就是为了找出或逼近真相。
  • 根据训练数据是否有标记信息,学习任务可分为:监督学习 和 无监督学习。分类、回归是监督学习,聚类是非监督学习。
  • 泛化能力:学得模型适用于新样本的能力。
  • 归纳偏好:机器学习算法在学习过程中对某种类型假设的偏好,如算法喜欢“好瓜<->(色泽=青绿)^(根蒂=蜷缩)^(敲声=浊响)”。注:任何一个有效的学习算法必有其归纳偏好,否则它将被假设空间中假设所迷惑。

没有免费的午餐

No Free Lunch Theoren 定理 ,
没有免费的午餐定理,简称NFL定理,
由美国斯坦福大学的Wolpert和Macready教授提出。

在机器学习算法中的体现为在没有实际背景下,
没有一种算法比随机胡猜的效果好。

首先,我们假设一个算法为a,
而随机胡猜的算法为b,
为了简单起见,
假设样本空间为χ和假设空间为H都是离散的。
令 P(h|X,a)表示算法a基于训练数据X产生假设h的概率,
再令f代表我们希望的真实目标函数。
a的训练集外误差,即a 在训练集之外的所有样本上的误差为

### 关于周志华机器学习》(西瓜书)第二章的学习笔记 #### 模型评估与选择概述 模型评估与选择是机器学习领域的重要组成部分,旨在通过合理的方法评价不同模型的表现并挑选最优者。这一过程不仅涉及如何衡量单个模型的好坏,还包括怎样对比多个候选方案以做出最佳决策。 #### 偏差、方差和噪声的概念解析 偏差度量了学习算法的期望预测与实际结果之间的差距,反映了算法自身的拟合精度;方差描述的是相同规模训练集变化引起的学习效果波动情况,体现了数据扰动带来的影响;而噪声则设定了给定任务下所有可能采用的学习方法能达到的最佳预期泛化误差界限,揭示了问题本身固有的复杂性和挑战性[^2]。 #### 性能度量指标——P-R图及其应用 为了更直观地展示各类分类器的工作特性,通常会绘制精确率-召回率(Precision-Recall, P-R)曲线来辅助分析。当面对多组实验结果时,可以通过观察这些图形相互间的位置关系来进行优劣评判:如果某条曲线始终位于另一条之上,则表明前者具有更好的整体表现;而对于那些存在交点的情况,则需进一步计算各自下方区域面积大小作为判断依据之一。此外,“平衡点”作为一种特殊的性能测度,在特定条件下也能提供有价值的参考信息[^3]。 #### 偏差-方差分解理论简介 该理论为理解学习算法的一般化能力提供了框架性的指导思路,通过对平均测试错误率实施拆分操作,可以深入剖析导致过拟合现象背后的原因所在,并据此探索改进措施的方向。具体而言,总误差由三部分构成——不可约减误差点(即噪声)、平方形式表达出来的偏差项以及线性累加而成的方差成分[^4]。 ```python import numpy as np from sklearn.model_selection import train_test_split from sklearn.metrics import precision_recall_curve, auc def evaluate_model_performance(model, X, y): """ 计算并返回PR曲线下面积(AUC),用于量化模型的整体性能。 参数: model (object): 已经训练好的分类模型实例。 X (array-like of shape (n_samples, n_features)): 测试特征矩阵。 y (array-like of shape (n_samples,)): 对应的真实标签向量。 返回: float: PR AUC得分。 """ # 划分训练集/验证集 X_train, X_val, y_train, y_val = train_test_split(X, y, test_size=0.2) # 使用训练集拟合模型 model.fit(X_train, y_train) # 获取验证集中各观测对应的概率估计值 probas_pred = model.predict_proba(X_val)[:, 1] # 绘制PR曲线并求得AUC分数 precisions, recalls, _ = precision_recall_curve(y_val, probas_pred) pr_auc_score = auc(recalls, precisions) return pr_auc_score ```
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